¿Cómo afecta la potencia de salida del altavoz al límite de detección de la sonda y su resolución?

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Estoy planeando hacer una aplicación de sonar con un micrófono y un altavoz para teléfonos inteligentes, dado que la potencia de salida del altavoz es de 3 vatios y la frecuencia de sonido es de 20 kHz. Quería entender cómo disminuirá la calidad de la señal detectada con el aumento de la distancia y a qué distancia límite la señal recibida sería demasiado débil para las lecturas. Hice un poco de investigación y mi suposición es que el rango máximo confiable sería entre 10 y 25 metros, pero no estoy seguro. Pero aún no está claro cómo se calcula el rango y cómo se relaciona con las propiedades (tamaño y forma principalmente) de los objetos que se van a detectar. ¿Y quería saber si el conocimiento de la potencia de salida y la frecuencia es suficiente para responder a la pregunta anterior? Le agradecería si pudiera aportar alguna aclaración al tema o tal vez si pudiera compartir algún material de referencia para una mejor comprensión. Muchas gracias.

    
pregunta UserRR

1 respuesta

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cómo se calcula el rango y cómo se relaciona con el   Propiedades (tamaño y forma principalmente) de los objetos que van a ser   detectado

Voy a hacer una respuesta basada en lo que creo que deberías concentrarte.

La potencia de salida aumenta el rango de seguro. Si se envían 3 vatios al altavoz, tal vez, debido a las deficiencias de los altavoces, solo el 10% de los 3 vatios se convierte realmente en energía de sonido. Si nos atenemos a una potencia de salida de 300 mW (como si usted hiciera cálculos en la transmisión de ondas de radio), entonces se puede decir que la potencia se emite en todas las direcciones en un hemisferio.

Luego puede hablar sensiblemente sobre vatios por metro cuadrado y, a unos 10 m, el área de una esfera es \ $ 4 \ pi r ^ 2 \ $ = 1257 metros cuadrados. La mitad de esa área está infiltrada por la potencia de salida del altavoz, por lo que la densidad de potencia a 10 m es de 300 mW / 628 = 0,48 mW / m2.

Entonces, si un objeto de 1 metro cuadrado a 10 m refleja totalmente toda la potencia incidente, entonces regenera 0,48 mW. Esto también está sujeto a la misma regla que antes, es decir, toda esa potencia se distribuye como vatios por metro cuadrado en una hemi esfera y, a 10 m de distancia, la potencia por metro cuadrado es de 0,76 uW / metro cuadrado.

El micrófono que recibe esa potencia incidente solo puede ser de 1 cm cuadrado, por lo que la potencia que recibe es 10.000 veces menor, es decir, 76 vatios pico. Si el micrófono tiene una eficiencia del 10% para convertir eso en energía eléctrica, debería ver una señal eléctrica de 7,6 pico vatios.

La conversión de esa potencia a voltaje requiere un salto de fe en términos de la impedancia presentada al micrófono y la sensibilidad del JFET dentro de la cápsula, pero quizás pueda asumir que el JFET amplifica la potencia 1000 veces y se descarga a través de un 2k2. Resistencia (circuito bastante estándar pero podría ser tan alto como 10 kohm).

Por lo tanto, 7,6 pico vatios se convierten en 7,6 nano vatios debido al JFET dentro de la cápsula y esta potencia produce un voltaje en la resistencia de 2k2. Entonces, el voltaje de salida = \ $ \ sqrt {P \ times R} \ $ = 4.1 mV RMS. Realmente una buena señal.

Por supuesto, esto supone un 100% de reflejo de potencia y es 100% improbable. En el mejor de los casos, es posible que vea un 1% de potencia reflejada, de modo que 4.1 mV RMS probablemente será más como 0.13 mV RMS.

La conclusión es que los números son conjeturas, dado que no se sabe cuánta potencia de salida se puede transmitir en un pulso y que el tamaño del micrófono y las partes internas también son conjeturas. Las eficiencias tanto del altavoz como del micrófono pueden estar muy lejos de la marca también.

Solo para intentar poner las cosas en perspectiva, una señal de una cápsula de electreto bastante promedio de unos pocos mV RMS es típica de 92 dB SPL.

    
respondido por el Andy aka

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